瀑布沟大坝工程中碎石土心墙料的应用

瀑布沟大坝工程中碎石土心墙料的应用

1大坝及心墙设计瀑布沟水库位于河流上游尼日河汇入河口上游的觉托附近。它位于四川省西部的汉源和甘洛县。这是一个大型节水项目，主要用于发电，防洪和沙子封条，充分发挥其综合优势。电站装机6台,单机容量550MW,总装机3300MW,多年平均发电量145.8亿kW/h。大坝为砾石土心墙堆石坝,坝顶高程856.00m,心墙底面最低高程670.00m,最大坝高186m,砾石土心墙的顶高程为854.00m,顶宽4m,底高程670.00m,上、下游坡均为1∶0.25;心墙以宽级配砾石土为主,心墙底部、心墙与岸坡接触带、防渗墙顶和混凝土廊道周围设高塑性粘土。下游坝壳堆石与覆盖层之间设一层2m厚水平反滤层。心墙上、下游侧各设二层反滤,上游二侧各厚4m,下游二侧各厚6m,反滤层以外为过渡料和堆石料。心墙下部河床覆盖层采用两道各厚1.2m、间隔12m的混凝土防渗墙防渗,心墙底面以下最大墙深约78m。基础防渗墙与心墙间采用插入式连接,防渗墙插入心墙深度为15m,墙间设混凝土廊道。坝体设计填筑量为2072万m3,目前,是我国在建的最高砾石土心墙堆石坝。2大坝雨洪保能措施随着土石坝技术的发展,混凝土重力坝、拱坝技术的不断提高,同时橡胶坝等新型坝型的运用,传统土石坝存在着因填筑量大而带来的建设时间长的缺点显得极为突出,如何充分发挥土石坝本身的技术要求低、对坝基适应性强、当地材料使用充分的传统优势下加快施工进度,成为坝型选择的重要方面,在确保填筑施工质量及安全运行的前提下快速施工是各方都关心的问题。土石坝施工特点之一是大面积的露天作业,直接受外界气候环境的影响,尤其是对作为心墙防渗土料的砾石土以及高塑性粘土影响更大,降雨会增加土料的含水量,影响施工质量。因此,砾石土心墙的雨季施工,已成为影响瀑布沟大坝主体工程施工进度的主要因素,它使施工的有效工作日大为减少,造成坝体施工强度的不均匀,增加了施工过程中拦洪度汛的难度,甚至延误工期。为保证坝体的施工进度,降低工程造价,必须先解决好在心墙砾石土在雨季的施工措施问题。研究大坝雨季填筑施工措施,加快大坝填筑施工进度,还可以使大坝提前发挥经济效益,这对建设单位来说至关重要。随着水利工程投资多元化的发展,从企业追求利润最大化及提高内部收益率进行考虑,提高大坝的施工进度,缩短建设周期,提前发挥效益,是每个施工企业考虑的重点,如小浪底这样的工程,坝体总填筑量约5185万m3,如不采取有效的加快填筑施工措施,维持每月20～30万m3的填筑量,建设周期会长达172～260个月,那是任何企业都无法承受的,而实际上,小浪底大坝实际平均填筑强度约150万m3/月,最高强度达到200万m3/月,有效的减少了建设周期,确保了施工的顺利进行。3坝面施工措施土石坝防渗土料在雨季施工,总的原则是“避开、适应和防护”。一般情况下应尽量避免在雨季进行土料施工,首先选择对含水量不敏感的非粘性土料以适应雨季施工,争取小雨日施工,以增加施工有效天数,在雨日不太多,降雨强度不太大,花费也不大的情况下,采取一般性的防护措施也能见效。例如在雨季中的晴天,砾石土心墙两侧仅填筑部分足以维持心墙稳定的护坡坝壳,其外坡一般不应陡于1∶1.5～1∶2.0,当下雨不能填筑砾石土时,则集中力量填筑坝壳部分,这样就能减少彼此的施工干扰,更好的协调施工程序,如图1所示。由于心墙粘土、砾石土料填筑对含水率有很高有求,为保证填筑质量,在心墙填筑施工时,对雨季施工应采取以下措施:1)在多雨季节填筑时,要及时了解雨情预报,充分利用雨情预报见缝插针的进行施工,在雨水到来之前应做好充分防雨准备,将雨季施工对施工工期、填筑质量的影响降至最低。2)在雨前及时快速压实表层松土,用25t自行式振动平碾封闭好做业面,防止松土被雨滴渗入,这一般是在雨季施工中最有效的措施,具有省工、省费用、施工方便等优点。3)坝面填筑力争做到平起,保持填筑面平整,使填筑面微向上、下游倾斜约2%的坡度,以排泄表面雨水,避免雨水渗入填筑料内而影响填筑料的含水率;对于一般砂砾料坝壳,需注意防止暴雨冲刷坝坡,可在距坝坡2～3m处,用砂砾料筑起临时小埂,以不使坝面雨水沿坡面下流而使雨水下渗。4)雨季砾石土含水量一般均在含水量控制上限值(约8%),釆取在卸料平台铺垫24mm厚的钢板厚钢板,用推土机送料。避免了由于自卸车行走造成剪切破坏和”弹簧土”产生。5)雨前将施工机械撤出填筑面,停放在坝壳区,做好砾石土面的保护。下雨或雨后,尽量不要践踏坝面,禁止机械通行,防止坝面形成稀泥。与此同时,施工单位应密切跟踪天气预报,要和雨水展开艰巨的“攻防战”,必要时在雨后要及时组织全体干部职工采用“盆舀桶装”的方法或采用小型抽水机抽水,及时清理暴雨造成的填筑区积水,保证工程尽快恢复正常施工。根据相关资料和以往施工经验,当砾石土料日降雨量小于5mm时,砾石土可以正常施工;当日降雨量为5～10mm时则要求停工;并且当日降雨量为10～30mm时雨后一般要求停工0.5～1d;而当日降雨量大于30mm时,雨后一般要求停工1～2d。因此,在进行雨季施工时,应根据实际降雨量多少,合理安排恢复工期,尽快恢复施工。6)采用先进的25T振动凸块碾(戴拉派克凸块碾),使心墙砾石土填筑铺土厚度由原设计的30cm提高至45cm,有效地提高填筑速度。7)施工前准备好雨布,对突然来临的天气变化以及较大、长时间的雨水天气做好遮雨准备,即用雨布对填筑工作面进行覆盖以避免雨水渗入,缩短雨后施工时间,争取填筑工期。另外,运输道路也是雨季施工的关键之一,一般的泥结碎石路面,当遇雨水浸泡时,路面容易破坏,即使天晴后坝面可复工,但因道路影响了运输而不能及时复工,所以,在雨季应加强路面的维护,保证排水措施的健全。8)黑马砾石土料场对含水量比较敏感,如何做好雨季施工措施以及雨后如何快速恢复施工,对施工质量和施工进度起着决定性作用。在实际施工中首先采用“井”字型开采方式,就要及时排除雨水,当料场停工或下雨时,原则上不得留有松土。如必须贮存一部分松土时,可堆成“土牛”状并加以覆盖,四周还要做好排水措施;要对料场、皮带机、出口堆料场和坝面的土料进行全面监控,弄清楚土料含水量的变化规律,以更好的控制土料的含水量变化。由于黑马料场土料的含水量一般都偏高,因此,可以首先在料场采用备料、翻晒的方法进行脱水,再经皮带机筛分输送系统运至皮带洞出口,直至含水量合格后再上坝。对于砾石土备料及粘土储料场则使用雨布覆盖,防止雨水渗透而增加实际含水量。在实际施工中还应加强研究砾石土料实际最优含水量以及含水量与压实度、最优含水率的关系等,以利于今后更好的指导施工。现场检测湿密度、含水率、粗粒含量、细料压实度关系。现场压实度检测最先得到的指标是全料湿密度,根据室内击室试验成果,得出全料湿密度、含水率、粗粒含量和细料压实度之间的关系曲线,在现场得到湿密度后就能迅速判断出细料压实度是否达到设计要求,曲线关系见图2。4中国高土石坝坝型近几十年来,随着新型土石方机械的大量投入,填筑水平工艺的不断提高以及土力学理论和实验技术的进步,极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模式,为土石坝更广泛的应用提供了有利条件,改变了土石坝长期存在的建设工期长、填筑强度底的不足,进一步加快了施工进度,使土质心墙堆石坝逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一。这种坝型可以利用大型振动碾压实堆石,使坝体达到比较高的紧密度,以减小实际工程量;可以利用土质心墙的柔性来更好适应坝体变形,保障防渗体的安全。为此,在我国以及世界许多工程中得到了广泛推广应用,据统计,国外100m以上的高土石坝中,利用宽级配砾石土做防渗体的土石坝约占总数的70%。目前,世界上高于200m的土石坝几乎无一例外均采用